ADI材料简述
一、国内外ADI的现状
在国外，汽车行业是ADI的主要应用领域，占其总产量的45%以上，尤其是重型卡车的底盘零件。北美市场中，中重型卡车中占25%，轻型汽车中占20%，如美国每辆重型卡车中至少有500公斤以上的ADI零件，用于制造底盘零件、发动机零部件、齿轮、曲轴等，可实现减轻重量、提高燃油经济性等效果。
- 工程建筑与矿山领域：占比达11%，用于制造破碎机、球磨机等设备的耐磨件，如衬板、齿板等，其使用寿命比传统高锰钢材料大幅提高。
- 农业机械领域：应用占比为17%，用于制造农机具的关键零部件，如犁尖、收割机刀片等，凭借良好的耐磨性和抗冲击性，提高了农机具的使用寿命和工作效率。
- 铁路领域：占比12%，用于制造铁路车辆的零部件，如车轮、车轴、制动盘等，可在保证强度和安全性的同时，减轻车辆自重，提高运行效率。
反观国内，因ADI起步相对较晚，前期以学术沟通论证为主，再由于国外技术封锁，设备、工艺缺乏等主因，我国自2008年ADI球铁件才正式商用。截至2023年国内ADI球铁件共计近15万吨，仅占当前球铁件产量的1%。其中以抗磨、耐磨件为主，占比60%，如磨球、齿板、衬板等，其中磨球产量占比较大。
近年来，ADI产品才逐步扩展到道路运输、光伏发电、工程机械、农业机械、国防军工、乘用车、大型客车、风力发电、铁路运输、石油机械、机器人等多个领域，但产能不多且起伏不定。
二、ADI材料符合汽车行业发展需要
十九大以后，我国“双碳”战略的推动下，汽车产业的发展环境进入变革时代，新一轮科技革命和产业变革的浪潮正在席卷，汽车行业新材料、新技术广泛应用，新模式、新业态不断涌现，汽车产品正被重新定义，汽车产业正在重构，产业生态正在改变，竞争格局正在重塑。
基于此，东风公司相应国家号召，提出应对未来行业发展的“五化”，即轻量化、电动化、智能化、网联化、共享化。未来，东风公司将更加聚焦用户思维、开展技术迭代、创新商业模式，打造最佳体验的产品和服务，努力在“五化”方面走在前列，发展新质生产力推动高质量发展。
在“五化”里，首当其冲就是轻量化。轻量化是改善汽车燃料经济性的有效途径，同时轻量化也为客户提供更高附加值的汽车产品，为客户创造价值。随着新材料和新工艺的不断发展进步，有色合金、非金属基复合材料、碳纤维等材料广泛应用，汽车轻量化进程显著加快。如商用车1台卡车自重降低100公斤，1年行驶40万公里，1年下来就是4万吨公里，1吨公里按成本5毛计算，1年就能增加2万元收入；乘用车1辆车减重100公斤，燃油消耗量每100公里就降低0.3升—0.6升，燃油效率会提高6%-8%，制动距离减少2米以上。
在企业实际生产中，既要满足产品轻量化，让利于民，更好地拉动产品销量；又要控制生产成本，价格合适。 ADI材料作为一种新型高性能材料，具有成本低、铸造性能好等优点，在降重、降本方面毋庸置疑；而且，其还具有优异地综合力学性能，完全符合现代工业对材料性能要求的不断提高的需要。
通过调查，目前商用车上铸铁件（动力系统、底盘系统）重量约1500Kg左右，ADI材料仅占比10%（100kg左右），北美市场重型卡车中至少有500Kg以上的ADI零件，相比较差距较大，所以说我国ADI材料在汽车行业的发展空间是巨大的。
三、ADI材料优势及客观的经济效益
球墨铸铁经等温淬火处理后，获得高碳（1.8%～2.2%C）奥氏体加针状铁素体的混合组织，称之为等温淬火球墨铸铁，简称ADI
（Austempered Ductile Iron）；等温淬火含碳化物球墨铸铁，简称CADI。其特点及优势有以下几点：
1. 力学性能优异：
- 高强度：其抗拉强度（900 - 1400MPa）远高于普通球墨铸铁，经过等温淬火处理后，强度得到进一步提升，可与一些合金钢相媲美，能够承受较大的载荷，适用于对强度要求较高的机械零部件，如齿轮、曲轴等。
- 高韧性：在具有较高强度的同时，还保持了良好的韧性，能够吸收冲击能量，在承受冲击载荷或振动载荷时不易发生断裂，这对于一些工作环境恶劣、需要承受冲击的零件来说非常重要，比如工程机械、农业机械中的零部件。
- 良好的疲劳强度：经过数百万次交变载荷作用后，抗疲劳性仍能保持不变，这使得等温淬火球墨铸铁在长期承受循环载荷的情况下，依然能够保持较好的性能，适用于制造如发动机零部件、传动部件等需要经受频繁振动和交变应力的零件。
2. 耐磨性佳：
材料中存在的石墨球能够降低摩擦系数，减少磨损；并且在表面应力作用下，奥氏体中的高碳奥氏体有一部分会转变为马氏体，提高了表面层硬度，进一步改善了耐磨性。因此，等温淬火球墨铸铁常用于制造磨损严重的零部件，如制动系统部件、滑动轴承等。
3. 减震性好：
弹性模量相对钢较低，比钢的弹性模量低约20%左右，这意味着它在受到外力作用时能够产生较大的弹性变形，从而快速吸收震动，使机件运转更加平稳。所以在对减震要求较高的设备中，等温淬火球墨铸铁是一种理想的材料选择，例如机床底座、发动机支架等。
4. 成本较低：
- 原材料成本：球墨铸铁的生产原料主要是生铁、废钢等，来源广泛，价格相对较低；并且等温淬火工艺相对于一些复杂的热处理工艺来说，成本也并不高。
- 生产效率高：铸造工艺成熟，可批量生产复杂形状的零件，生产效率高，能够降低单件产品的生产成本。
5. 重量轻：
由于其组织中含有石墨，密度为7.1g/cm³，比钢的密度小，同体积的零件比锻钢要轻约10%。这对于一些对重量有严格要求的设备，如航空航天设备、汽车等，使用等温淬火球墨铸铁可以减轻设备的整体重量，降低能耗，提高设备的性能。
6. 吸音效果好：
材料中的石墨具有良好的吸音效果，使得零件在工作时产生的噪音较小，对于汽车、各种运转的机器等对噪音控制要求较高的设备来说，是一种非常有利的特性。
综上所述，ADI材料优异的机械性能带来的经济效益也是不错的，体现下以下几点：
1. 力学性能方面
- 高强度和韧性
等温淬火球墨铸铁的抗拉强度可以达到1000 - 1400MPa，屈服强度一般在700 - 1000MPa之间，并且具有良好的韧性。例如，在一些承受冲击载荷的场合，如汽车的驱动桥壳，ADI材料能够在保证强度的同时，有效吸收冲击能量，避免部件突然断裂，这是传统铸铁材料难以企及的，大大的提升了产品的可靠性。
- 疲劳强度高
ADI材料的疲劳强度较高，其旋转弯曲疲劳极限可以达到300 - 500MPa。在交变载荷作用下，如在发动机的曲轴等部件应用中，能够承受大量的循环应力而不易产生疲劳裂纹，大大延长了零件的使用寿命。
2. 生产成本方面
原材料成本较低，主要原料是生铁和废钢，相较于一些高性能合金钢，其成本更为低廉。在保证性能的前提下，使用ADI代替部分合金钢来制造机械零件，可以有效降低原材料采购成本。
3. 生产工艺及结构方面
- 铸造性能好
球墨铸铁的流动性较好，能够制造形状复杂的零件。例如，在制造具有薄壁和复杂内腔结构的零件时，球墨铸铁可以更好地填充模具型腔，减少铸造缺陷，提高铸件的成品率。
- 结构减重
- 由于ADI优异的力学性能，在保证产品安全的情况下，可以对原有铸件结构进行结构优化，大幅度的减少毛坯重量，从而实现 “双降”的目标。
例：
东风汽车技术中心针对开发的某款特种越野车出于减重需求，14个悬架零件采用ADI，结合结构优化设计，目标零件总重量由630.62kg，减少到380.66kg，共减重249.96kg，减重率为39.6%，同时对应零件成本降低22%。
4.产品适用性方面
- ADI件由于其变形小的特点，可以保证产品在长期使用过程中的精度。同时，其良好的耐磨性可以减少零部件在使用过程中的磨损，提高产品质量和可靠性。
- ADI材料的优异性能使其在众多领域得到广泛应用。在汽车工业中，可以用于制造汽车底盘零件、悬挂系统部件等；在工程机械领域，可用于制造挖掘机的斗齿、装载机的铲斗等耐磨零件；在能源行业，可用于制造风力发电机的齿轮箱等关键部件，推动了各行业产品的升级换代。
ADI材料实现
一、ADI的实现
ADI = 高品质球墨铸铁件+合适的等温淬火工艺。
高品质的球墨铸铁件：
① 纯净的铁水 ②合理的化学成分 ③良好的石墨形态 ④铸件致密、无损伤
合适的等温淬火工艺：
① 完善的气体保护系统 ②精确的炉温控制 ③足量的淬火溶液 ④超强的冷却系统
ADI的工艺实现主要体现在“两个过程，四大控制参数”，两个过程指奥氏体化过程、等温淬火过程；四大控制参数指奥氏体化温度、奥氏体化保温时间、等温温度、等温时间。
近年来，随着铸造工艺的不断迭代升级，其球铁的质量也稳步提升，为满足产品的性能要求，铸态情况下要添加多种含量不低的合金元素，重量也没有降低，从实际应用的情况看，较高牌号（QT800-5）产品质量也并没有稳定。这是不符合行业发展的。
而ADI材料，以高品质普通球铁为基材（目前大多数铸造厂均可稳定生产），基材牌号可以是普通球铁QT450/500/600等牌号，通过合适等温淬火工艺处理，获得满足性能要求的QTD800/900/1050/1200/1400/1600等高牌号产品。
合适的等温淬火工艺的需要专业的、先进的设备来保证，近年来国内相关等温淬火热处理设备发展迅速，但毕竟起步较晚，部分国产等温淬火设备在温度控制精度上不够理想，可能导致工件组织转变不均匀，影响产品质量。一些设备的自动化程度较低，对于复杂工艺的编程和精确执行能力不足，难以满足高端制造业对高精度、一致性产品的需求。设备无全程气体保护措施，造成产品氧化、脱碳，易产生微裂纹，造成产品存在失效风险。
十堰澳贝科技有限公司成立于2018年，其对ADI材料技术研究领先于同行、引进美国AFC原装进口成套等温淬火自动化设备，目前设备先进性及工艺技术中西部地区超前、国内同行业领先。已成功填补普通牌号球铁向高牌号ADI球铁转化的空白。
